[发明专利]轴对称通道的流量调节装置、使用所述装置的尾喷管及调节方法

说明书

本发明公开了一种轴对称通道的流量调节装置、使用所述装置的尾喷管及调节方法，调节装置包括轴对称结构的流量通道，流量通道内设有旋转挡板和基本板，旋转挡板和基本板均为分叶化设计的轴对称结构；使用所述装置的尾喷管内按喷管内流方向包括收缩段、喉道与扩张段，旋转挡部和基本板设置于喉道处，通过旋转挡板绕尾喷管轴线旋转，完成与基本板相对位置的互相配合，实现轴对称尾喷管实际流通几何面积调节，进而满足了轴对称尾喷管的流量调节需求。本发明流量调节装置简单、重量轻、可调范围大、调节效率高，采用本发明流量调节装置的尾喷管结构更简单，推力性能依旧保持在较高水平，更好地满足了发动机与飞行器的使用需求。

技术领域

本发明涉及航空发动机排气系统的控制技术，具体涉及一种轴对称通道的流量调节装置、使用所述装置的尾喷管及调节方法。

背景技术

尾喷管是航空发动机的重要部件之一，为了更好地与发动机环形燃烧室构型相匹配，尾喷管基本均采取流通截面为圆型的轴对称构型。其主要功能是将涡轮后的高温、高压燃气膨胀加速并排出发动机，从而为飞行器提供推力。

随着飞行器工况不断变化，航空发动机所需要的流量处于时刻变化中。通过调节发动机尾喷管喉道流通流量，可以进一步改变涡轮和喷管中燃气膨胀的比例分配，从而改变发动机压气机和涡轮的共同工作点，实现对发动机工作状态的控制与调整，进而改变发动机的推力、耗油率等一系列重要性能参数，时刻为飞行器提供合适的动力。

通过基本气体动力学知识可知，使尾喷管喉道流通流量发生变化的最基本方法为改变喉道的几何流通面积，其中包括机械调节、气动调节及混合调节技术等。为保证航空发动机时刻稳定地工作在最佳状态，考虑到气动调节规律复杂多变、控制变量过多、鲁棒性较差的特点，机械调节这一传统却有效的方法得到了极为广泛地应用。现阶段服役的各型号航空发动机尾喷管基本均采取机械调节方案。

现有的航空发动机轴对称尾喷管机械调节机构和作动系统有多种，均取决于飞行器、发动机对喷管的性能要求、最大外廓尺寸的限制、材料性能的限制及调节作动技术的成熟程度。常见的机械调节方案有：单环鱼鳞片调节、平衡梁调节及虹膜喷管调节等。其中单环鱼鳞片调节是将扩张鱼鳞片、收敛鱼鳞片与拉杆组成四连杆机构，通过拉杆作动改变尾喷管喉道几何面积。其缺点是调节范围有限，且每一片鱼鳞片均需要布置作动机构，调节结构整体结构较为复杂、重量较大；平衡梁调节是将收敛鱼鳞片的支点由鱼鳞片端部移动至鱼鳞片中间某点，使其气动力基本达到自平衡，减小了机械作动系统的调节力，但同样面对调节机构复杂、重量大的问题；虹膜喷管调节是将收敛鱼鳞片与扩张鱼鳞片合二为一呈整体曲面造型，由作动机构拖动其在异型导向槽内作轴向运动。鱼鳞片向上游移动时喷管喉道面积减小，向下游移动时喷管喉道面积增大。其缺点是整体鱼鳞片造型设计方法复杂、可调节范围较小。

可见，为了实现轴对称喷管的几何调节，基本均采用以鱼鳞片机械调为基础的各种演化方案，而其机械作动机构较为复杂，重量较大，调节范围有限等问题始终受各种客观因素的制约而无法得到充分解决。为此，寻找一种既能满足轴对称尾喷管流量调节要求、又能保证尾喷管推力性能优异的机械调节方案是很有必要。

发明内容

技术目的：针对上述技术问题，发明提出了一种轴对称通道的流量调节装置、使用所述装置的尾喷管及调节方法，其将部分机械调节机构置于尾喷管内部，以周向旋转调节作为主要作动方式，能够满足航空发动机轴对称尾喷管在宽广的飞行包线内流量时刻可调节的需求，保证其推力性能始终处于优异水平，同时能够极大地减小机械作动系统的复杂程度，简化暴露在发动机外表面的附件系统，降低飞行器流动阻力，且更有利于飞行器及发动机的一体化设计。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：

一种轴对称通道的流量调节装置，其特征在于：包括轴对称结构的流量通道，所述流量通道内设有垂直于流量通道轴线方向的旋转挡板和基本板，旋转挡板和基本板的型面结构均为分叶化设计的轴对称结构，镂空面积与实体面积相等；